預(yù)應(yīng)力箱梁裂縫成因與防治探析

何雄剛

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 公路工程系， 山西 太原 030031）

1 工程概況

某高速公路在建橋梁，全長126m，橋面設(shè)計(jì)寬度為27m，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用雙墩與樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。結(jié)合設(shè)計(jì)與施工現(xiàn)場基本情況，施工中采用后張法進(jìn)行施工。在施工過程中，發(fā)現(xiàn)個(gè)別預(yù)應(yīng)力箱梁梁體出現(xiàn)裂縫。為了保證施工質(zhì)量，對箱梁裂縫的種類和成因進(jìn)行分析，并結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況采取措施進(jìn)行防治。

2 預(yù)應(yīng)力箱梁裂縫的類型

2.1 彎曲裂縫

外部荷載作用到混凝土箱梁上，當(dāng)荷載應(yīng)力超過箱梁結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度時(shí)，出現(xiàn)彎曲裂縫。箱梁底部為正彎矩區(qū)，頂部為負(fù)彎矩區(qū)，這兩個(gè)區(qū)域容易出現(xiàn)彎曲裂縫。正彎矩區(qū)的裂縫往往貫穿整個(gè)底板，甚至擴(kuò)展到腹板。在分段式箱梁結(jié)構(gòu)中，彎曲裂縫常見于接縫處或接縫附近。

2.2 剪切裂縫

剪切裂縫出現(xiàn)在箱梁腹板上，呈45°角傾斜，通常出現(xiàn)在剪應(yīng)力較大的支座附近。腹板處的剪切裂縫會(huì)使箱梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞，腹板鋼筋在荷載應(yīng)力作用下可能出現(xiàn)屈服變形，進(jìn)而導(dǎo)致箱梁底部出現(xiàn)變形錯(cuò)位。預(yù)應(yīng)力箱梁施工完成后，混凝土由于長期受力產(chǎn)生徐變，隨著變形的增加，造成腹板剪應(yīng)力不斷增大，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。隨著裂縫的不斷發(fā)展，裂縫不斷向箱梁受壓區(qū)域擴(kuò)展，數(shù)量也不斷增加。

2.3 頂板裂縫

頂板裂縫通常出現(xiàn)在腹板與頂板相交處或接縫位置，隨機(jī)分布，一般呈平行線狀的表層裂縫，開裂嚴(yán)重時(shí)局部混凝土存在碎裂情況。另外，在梁體混凝土負(fù)彎矩區(qū)，梁體頂面易出現(xiàn)橫向水平裂縫，在接縫位置和錨固區(qū)域也容易產(chǎn)生裂縫。

3 梁體裂縫成因分析

3.1 材料方面因素

原材料質(zhì)量直接決定預(yù)應(yīng)力箱梁的施工質(zhì)量，梁體開裂是預(yù)應(yīng)力箱梁施工質(zhì)量問題的重要表現(xiàn)之一。如混凝土中水泥標(biāo)號選擇不當(dāng)，摻量過高或過低，都會(huì)影響混凝土強(qiáng)度，過低混凝土強(qiáng)度達(dá)不到要求，過高會(huì)產(chǎn)生較多的水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，體積增大，溫度釋放后會(huì)產(chǎn)生較大的溫縮變形，使梁體產(chǎn)生溫縮開裂。另外，如果在施工過程中選用了不合格的集料，沒有對混凝土配合比進(jìn)行驗(yàn)證，都會(huì)影響梁體混凝土的施工質(zhì)量，造成梁體開裂。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素

預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在很大程度上決定著施工質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必須對箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行論證，并對各施工細(xì)節(jié)進(jìn)行有效管控。在箱梁設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮箱梁裂縫的影響因素，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中對箱梁的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與說明，明確施工方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)。組織施工技術(shù)人員進(jìn)行圖紙會(huì)審，查找設(shè)計(jì)圖紙中存在的缺陷和漏洞，保證預(yù)應(yīng)力箱梁施工高質(zhì)量完成，有效防止梁體開裂。

3.3 施工工藝因素

在預(yù)應(yīng)力箱梁施工過程中，沒有對各重要施工環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的施工質(zhì)量管控，導(dǎo)致施工質(zhì)量不合格，是造成梁體開裂的主要原因之一，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）混凝土拌制過程中拌和時(shí)間和水灰比控制不當(dāng)。混凝土拌和時(shí)間不足，拌和不均勻，直接影響混凝土的使用性能。水灰比超出了規(guī)定范圍，造成混凝土出現(xiàn)干縮等問題，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。

（2）混凝土施工過程中質(zhì)量控制不當(dāng)。混凝土澆筑均勻性控制不當(dāng)，沒有按照要求進(jìn)行振搗，振搗不充分，混凝土不密實(shí)，都會(huì)造成梁體混凝土開裂。

（3）混凝土養(yǎng)護(hù)不合理。混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)根據(jù)要求進(jìn)行保水保濕養(yǎng)護(hù)，保證養(yǎng)護(hù)的及時(shí)性，混凝土澆筑完成后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。天氣炎熱時(shí)注意覆蓋，灑水保濕養(yǎng)護(hù)，防止出現(xiàn)干縮裂縫。晝夜溫差較大時(shí)，應(yīng)注意保溫，保證混凝土強(qiáng)度增長。混凝土養(yǎng)生不及時(shí)、溫度和濕度控制不當(dāng)，混凝土表面會(huì)產(chǎn)生不同程度的干縮裂縫或溫度裂縫。

3.4 其他方面因素

除以上因素以外，施工中對預(yù)應(yīng)力箱梁的各類參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性，對梁體的日常保護(hù)和管理，張拉應(yīng)力控制，施工中所使用的機(jī)械設(shè)備和工具等，都是造成梁體開裂的影響因素之一。另外，交通荷載對梁體施加的荷載壓力，在長時(shí)間作用下也會(huì)導(dǎo)致梁體開裂。預(yù)應(yīng)力箱梁在長期使用下，在受到荷載等因素的綜合作用下，會(huì)出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力松弛、混凝土結(jié)構(gòu)變形等情況，造成梁體開裂。

4 預(yù)應(yīng)力箱梁裂縫防治措施

4.1 嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量

根據(jù)橋梁工程設(shè)計(jì)要求選取原材料，并對進(jìn)場原材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，合格后方可選用。水泥、骨料等原材料進(jìn)場前必須由合格證或檢測報(bào)告，各類原材料應(yīng)分開堆放，材料應(yīng)存放在干燥通風(fēng)處，防止水泥受潮變質(zhì)。嚴(yán)格配合比設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確確定級配和混凝土配合比。根據(jù)施工現(xiàn)場原材料的含水量，確定施工配合比。

4.2 做好施工質(zhì)量控制

在施工過程中嚴(yán)格控制箱梁施工質(zhì)量，保證混凝土施工質(zhì)量。混凝土拌制過程中嚴(yán)格控制各原材料的加入量，不得人為改變材料用量，以保證混凝土配合比準(zhǔn)確。嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，保證各類外加劑摻量符合要求。混凝土拌和時(shí)間不得少于2min，保證拌和均勻。混凝土澆筑前注意觀測天氣，應(yīng)盡量在早上或下午溫度稍低時(shí)澆筑，防止產(chǎn)生溫縮裂縫。混凝土振搗應(yīng)采用插入式振搗器，注意控制振搗間距、振搗深度，并防止出現(xiàn)過振。做好混凝土養(yǎng)護(hù)，應(yīng)采用灑水覆蓋養(yǎng)護(hù)，保證溫度和濕度符合要求。

4.3 優(yōu)化箱梁設(shè)計(jì)方案

優(yōu)化預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)防止混凝土裂縫。結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，優(yōu)化箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并在施工過程中制定科學(xué)合理的施工方案。通過對預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并優(yōu)化施工方案，可有效防止箱梁梁體開裂。

4.4 做好施工管理

在橋梁施工過程中，制定科學(xué)合理的施工方案，做好施工管理。結(jié)合預(yù)應(yīng)力箱梁梁體開裂的產(chǎn)生原因，對整個(gè)施工過程進(jìn)行全面管理，做好裂縫防治。加強(qiáng)管理，提高管理水平，加強(qiáng)對鋼筋綁扎、混凝土澆筑等各個(gè)施工工序加強(qiáng)管理。優(yōu)化管理方法，建立一套完善的管理體系，組建一支高水平的管理隊(duì)伍，并在施工過程中加強(qiáng)管理制度落實(shí)，確實(shí)提高管理質(zhì)量，避免梁體產(chǎn)生裂縫。

5 結(jié)語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)復(fù)雜，在梁體頂板、腹板和底板上會(huì)出現(xiàn)不同類型的裂縫，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響整體質(zhì)量。由于預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、施工管控不當(dāng)、原材料不合格等原因，會(huì)造成箱梁梁體開裂，應(yīng)在設(shè)計(jì)與施工過程中加強(qiáng)管理，保證箱梁結(jié)構(gòu)與施工質(zhì)量符合要求。在原材料進(jìn)場后進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，優(yōu)化箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制定科學(xué)合理的質(zhì)量控制方案，在施工過程中做好質(zhì)量控制，消除設(shè)計(jì)與施工中存在的質(zhì)量和安全隱患，確實(shí)提高預(yù)應(yīng)力箱梁的施工質(zhì)量，有效預(yù)防梁體裂縫的產(chǎn)生。